JPH04362090A - 分子線エピタキシャル成長方法 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長方法Info
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- JPH04362090A JPH04362090A JP15953591A JP15953591A JPH04362090A JP H04362090 A JPH04362090 A JP H04362090A JP 15953591 A JP15953591 A JP 15953591A JP 15953591 A JP15953591 A JP 15953591A JP H04362090 A JPH04362090 A JP H04362090A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
半導体、特には複数の III族元素を含む多元混晶I
II−V族化合物半導体の分子線エピタキシャル成長方
法に関するものである。
ピタキシャル成長方法において、成長速度はIII 族
原料の分子線量に比例する。 III族原料の分子線量
は、その蒸気圧で表わされ、蒸発源セルの温度で制御し
、設定するのが一般的である。この蒸発源セルは、蒸発
源原料を入れるるつぼと、そのるつぼを加熱する1組の
ヒーターで構成されている。通常、 III族原料の蒸
発源セルの原料の温度を制御するため、るつぼ底部に設
置した熱電対を用いてヒータの温度を調整している。
オーバルディフェクトと呼ばれる表面欠陥を低減するた
め、蒸発源セルの加熱に底部・開口部に分かれた2段型
ヒーターを用いている例もある。(特公昭63−155
715)この場合の成長速度の制御は、2段型ヒーター
の底部ヒーターで行われている。
族の3元素混晶の成長などにおいては、厳密に成長速度
、すなわち混晶組成を制御する必要がある。この場合、
温度に対する蒸気圧の変化率は物質により一定であるの
で、III 族の蒸発源セルの温度を0.1℃のオーダ
ーで制御する必要がある。しかし、蒸発源セルの温度を
厳密に制御することは難しく、小さな温度変動が混晶組
成に大きな影響を与えていた。このため、再現性に乏し
く、安定なエピタキシャル成長ができなかった。
もので、III −V族化合物半導体の分子線エピタキ
シャル成長方法において、蒸発源セルの制御温度に対す
る分子線量(蒸気圧)の変化率を小さくし、成長速度、
組成比の制御性、再現性を向上し、安定なエピタキシャ
ル成長を可能とすることを目的としている。
をそれぞれ独立に温度制御できる蒸発源セルを用いてI
II族元素を蒸発させて、 III−V族化合物半導体
を成長する分子線エピタキシャル成長方法において、前
記蒸発源セルの底部を一定の温度に設定し、前記蒸発源
セルの開口部の温度を調整して所定の III族元素の
分子線量を得ることを特徴とするものである。
として、せまい温度範囲では近似的に次式で表わされる
。 (ただし、kはボルツマン定数) P=Po exp (−Ea/kT)
……………………………………(1)この式1のE
aは、蒸発の活性化エネルギーまたは蒸発の自由エネル
ギーの変化に対応した定数である。ゆえに、蒸発源セル
内の III族元素の蒸気圧で決定される分子線量を制
御する場合、温度Tに対する蒸気圧Pの変化率は一定で
あり、厳密な分子線量の制御のためには、より厳密な温
度制御が必要となっていた。
(るつぼ先端部)の温度のみで分子線量を制御するもの
で、開口部の温度Ttop に対する蒸発の活性化エネ
ルギーが見かけ上小さくなることを利用している。
P(蒸気圧)と開口部の温度Ttopの逆数との関係を
示す。図中●は、開口部の温度(Ttop)と底部の温
度(Tbottom)の温度差を一定とした場合である
。一方○は、Tbottomを一定としてTtop を
変化させた場合の分子線量を表わしている。温度差一定
の場合の活性化エネルギーは約2.6eVであり、蒸発
の活性化エネルギーに対応しているが、Ttop のみ
で制御を行った場合には、その見かけ上の活性化エネル
ギーは約0.5eVと蒸発の活性化エネルギーの1/5
程度となっている。これは底部のヒーターで原料の温度
は一定に保たれているが、蒸発する原料表面の温度が開
口部の温度Ttop により変化し、分子線量が変化す
るものである。
晶の分子線エピタキシャル成長方法を以下に説明する。 Inx Ga1−x As混晶は、InP基板に格子整
合することができるInAsとGaAsの混晶である。 InP基板に格子整合するInx Ga1−x Asの
組成xは0.532であり、格子不整Δa/aを5.0
E−4以下とするためには、組成xを0.525〜0.
539の間に制御する必要がある。
sの成長は、In、Ga、As用の3つの蒸発源セルを
備えたMBE成長装置を用いて行なう。図2に断面図を
示す蒸発源セルは、In、Ga、Asの蒸発源原料1を
入れた片端を封じた管状のるつぼ2と、そのるつぼを所
定温度に加熱するヒータ3を備えている。このうち、I
n用の蒸発源セルは、るつぼの底部に高純度の金属In
を入れ、るつぼの開口部と底部をそれぞれ独立に温度制
御可能なヒータ3a、3bを備えている。
℃、V族とIII 族の分子線強度比を25、Ga用蒸
発源セルの温度をGaAsとしての成長速度が0.5μ
m/hとなるように制御している。In用の蒸発源セル
のるつぼ底部のヒータ温度を790℃とした。るつぼ開
口部のヒータ温度が876℃のときΔa/a≒0となり
InPと格子整合するIn0.532 Ga0.468
Asが得られた。なお、このときのInAsとしての成
長速度は0.41μm/hである。
を変化させたときのInAsの成長速度G1を検討した
。成長したInx Ga1−x As層のX線二結晶の
ロッキング曲線により格子不正合Δa/aを評価して求
め、この組成からInAsとしての成長速度G1を求め
た。その結果、成長速度G1とヒータ温度Ttop の
アレニウスプロットから次式が得られた。 G1[μm/h]=196.1 exp(−0.5
65[eV]/kTtop [K])……(2)
14】式2をヒータ温度Ttop で微分して成長速度
G1の変化率を求めると、格子整合する温度付近では、
dG1/dTtop =0.0034[μm/h・K]
である。
、単一のヒータによりるつぼを加熱するものを用い、他
は上述の実施例と同様としてInx Ga1−x As
混晶の成長を行った。
に格子整合し、InAsとしての成長速度G2とヒータ
温度Tのアレニウスプロットから次式が得られた。 G2[μm/h]=2.91E+9 exp(−2.1
0[eV]/kT[K] )………(3)
化率を求めると、格子整合する温度付近では、dG2/
dT=0.0112[μm/h・K]である。
0.5μm/hであり、それに格子整合する組成xのI
nAsとしての成長速度は0.41μm/hであるから
、実施例である2段ヒーターの場合、ヒータ温度Tto
p に対する組成の変化率は0.0014[/K] で
ある。 一方、比較例である単一ヒーターの場合の組成の変化率
は0.0046[/K] となる。
達成するためには、比較例である単一ヒーターではヒー
タ温度を±1.5℃の範囲内に制御する必要がある。し
かし、本実施例ではヒータ温度を±5℃の範囲内で制御
すれば良く、組成制御を正確に行うための範囲を広くと
ることができ、容易に制御が可能で再現性も向上した。
と底部をそれぞれ独立に温度制御できる蒸発源セルを用
いて III族元素を蒸発させて III−V族化合物
半導体を成長する分子線エピタキシャル成長方法におい
て、前記蒸発源セルの底部を一定の温度に設定し、前記
蒸発源セルの開口部の温度を調整して所定の III族
元素の分子線量を得ることを特徴とするものである。
子線量の変化率を小さくする事ができ、再現性よく最適
な成長速度に制御することができる。特に、InGaA
s等の混晶の制御においては、厳密にかつ容易にInA
s,GaAs等の成長速度の制御が可能となり、目的の
混晶組成を得る事ができる。さらに、混晶の組成を連続
的に変化させるような組成傾斜構造の作成においても、
組成勾配の制御が容易となる。
逆数との関係を示す図である。
ための概念図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 開口部と底部をそれぞれ独立に温度制
御できる蒸発源セルを用いて III族元素を蒸発させ
て III−V族化合物半導体を成長する分子線エピタ
キシャル成長方法において、前記蒸発源セルの底部を一
定の温度に設定し、前記蒸発源セルの開口部の温度を調
整して所定の III族元素の分子線量を得ることを特
徴とする分子線エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15953591A JP2839750B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15953591A JP2839750B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362090A true JPH04362090A (ja) | 1992-12-15 |
| JP2839750B2 JP2839750B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=15695895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15953591A Expired - Lifetime JP2839750B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2839750B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP15953591A patent/JP2839750B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2839750B2 (ja) | 1998-12-16 |
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